Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình - Vật lí lớp 11
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.36 MB, 27 trang )
BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
I. Lời giới thiệu
Đổi mới PPDH là một trọng tâm của đổi mới giáo dục. Luật giáo dục (điều 28)
u cầu: “Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tính tích cực, tự giác,
chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, mơn
học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào
thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học
sinh”.
Sự xuất hiện nền kinh tế tồn cầu hóa và nền kinh tế tri thức đang đưa xã
hội lồi người tới một kỉ ngun mới và nó cũng địi hỏi một hệ thống giáo dục mới
và phương pháp giáo dục mới sao cho thích nghi với mơi trường xã hội thay
đổi.Việt Nam khơng thể đứng ngồi xu thế đó. Đổi mới phương pháp dạy học
(PPDH) là một trong những mục tiêu lớn được nghành giáo dục đào tạo đặt ra trong
giai đoạn hiện nay và là mục tiêu chính đã được nghị quyết TW 2, khóa VIII chỉ ra
rất rõ và cụ thể:
“Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền
thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng
các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào q trình dạy học, đảm bảo
điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh …”
Giáo dục phổ thơng nước ta hiện nay đang thực hiện bước chuyển từ
chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang chương trình tiếp cận năng lực người
học, nghĩa là từ chỗ quan tâm HS được học cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng
được cái gì qua việc học.
Việc đổi mới giáo dục trung học dựa trên những đường lối quan điểm chỉ
đạo giáo dục của nhà nước, đó là những định hướng quan trọng về chính sách và
quan điểm trong việc phát triển và đổi mới giáo dục trung học. Việc đổi mới
phương pháp dạy học, kiểm tra đánh giá cần phù hợp với những định hướng đổi
mới chung của chương trình giáo dục trung học.
Dạy học định hướng năng lực địi hỏi việc thay đổi mục tiêu, nội dung,
phương pháp dạy học và đánh giá, trong đó việc thay đổi quan niệm và cách xây
dựng các nhiệm vụ học tập, câu hỏi và bài tập có vai trị quan trọng. Chương trình
dạy học định hướng năng lực được xây dựng trên cơ sở chuẩn năng lực của mơn
học.Năng lực chủ yếu hình thành thơng qua hoạt động của HS. Hệ thống bài tập
định hướng năng lực chính là cơng cụ để HS luyện tập nhằm hình thành năng lực và
là cơng cụ để GV và các cán bộ quản lí giáo dục kiểm tra đánh giá năng lực của HS
và biết được mức độ đạt chuẩn của quá trình dạy học. Bài tập là một thành phần
1
quan trọng trong mơi trường học tập mà người GV cần thực hiện.Vì vậy, trong q
trình dạy học, người GV cần biết xây dựng các bài tập định hướng năng lực.
Xuất phát từ những lí do trên mà tơi chọn đề tài: “Xây dựng một số bài tập thí
nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình Vật lí lớp 11”
II. Tên sáng kiến:
“Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy
học phần quang hình Vật lí lớp 11”
III. Tác giả sáng kiến:
Họ và tên: Lê Thị Thanh Bình
Địa chỉ tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Nguyễn Thái Học
Số điện thoại:0986623809. Email:
IV. Chủ đầu tư: Khơng
V. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Dạy học mơn vật lí 11
VI. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử:
Ngày 28 tháng 2 năm 2019
VII. Mơ tả bản chất của sáng kiến:
A. Nội dung sáng kiến
1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.1. KHÁI NIỆM VỀ THÍ NGHIỆM
1.1.1. Khái niệm thí nghiệm
Theo lý thuyết thơng tin, thí nghiệm được coi là một hệ thơng tin. Theo quan
điểm này thí nghiệm bao gồm một thiết bị thí nghiệm (TBTN) tác động qua lại chặt
chẽ với bộ phận thứ hai của hệ Đó là hiện thực khách quan (HTKQ) tức là đối
tượng của thí nghiệm.
2
Trước hết hệ nhận một mệnh lệnh điều khiển từ ngồi vào (input) dưới
dạng một thơng tin Ii chuyển đến TBTN. Nhận lệnh này, TBTN tác động một thơng
tin mà nó mã hố Im vào hiện thực khách quan (HTKQ). Nhờ tác động này HTKQ
cung cấp trở lại cho thiết bị một thơng tin đo lường Id. Thơng tin này lập tức đuợc
tế bào giãi mã thành một thơng tin mới để chuyển nó ra ngồi hệ đó là Io (output).
Nhà thực nghiệm thu lấy thơng tin cuối cùng của thí nghiệm là Io.
Nếu xét thí nghiệm là một q trình thì hệ cịn bao gồm cả nhà thực nghiệm
thí nghiệm nữa. Như vậy thí nghiệm gồm hai bộ phận:
a. Nhà thực nghiệm thí nghiệm giữ vai trị bộ phận điều khiển thí nghiệm.
b. Bộ phận bị điều khiển thí nghiệm, tức là TBTN và HTKQ và theo lý
thuyết thơng tin q trình thí nghiệm là một hệ điều khiển.
Như vậy thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu đối tượng và hiện tượng
trong những điều kiện nhân tạo để tìm hiểu sâu hơn những mối nhân quả trong các
đối tượng và hiện tượng.
Ưu thế của thí nghiệm là nó cho phép tìm hiểu bản chất của các hiện tượng,
tìm hiểu qui luật của chúng cùng những mối liên hệ nhân quả.
1.1.2. Vai trị của thí nghiệm
Thí nghiệm là mơ hình đại diện cho hiện thực khách quan, nó là cơ sở, điểm
xuất phát cho q trình học tập nhận thức của học sinh. Từ đây xuất phát q trình
nhận thức cảm tính của trị, để rồi sau đó diễn ra sự trừu tượng hố và sự tiến lên
từ trừu tượng đến cụ thể trong tư duy.
Thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn. Vì vậy nó là phương tiện
duy nhất giúp hình thành ở học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành và tư duy kỹ
thuật.
Thí nghiệm giúp học sinh đi sâu vào tìm hiểu bản chất của các hiện tượng
vật lí, thí nghiệm cịn là hình thức để học sinh vận dụng kiến thức vào đời sống
hàng ngày, làm chủ kiến thức, gây được niềm tin sâu sắc cho bản thân, kết quả thu
được càng làm tăng lịng say mê, hứng thú học tập.
Thực hiện thí nghiệm vật lí sẽ đưa việc học tập của học sinh tiến gần đến
cách nghiên cứu của các nhà khoa học, giúp học sinh hứng thú trong công việc.
3
Thí nghiệm do giáo viên biểu diễn phải mẫu mực về thao tác để qua đó học
sinh học tập, bắt chước, để rồi sau đó khi học sinh làm thí nghiệm, học sinh sẽ học
được cách thức làm thí nghiệm và từ đó rèn kỹ năng, kỹ xảo thực hành thí nghiệm.
Thí nghiệm có thể được sử dụng để tổ chức hoạt động nhận thức của học
sinh với các mức độ tích cực, tự lực và sáng tạo khác nhau: thơng báo, tái hiện (bắt
chước), tìm tịi bộ phận, nghiên cứu.
Tóm lại: Thí nghiệm được sử dụng để học bài mới, để củng cố hồn thiện
kiến thức, để kiểm tra, đánh giá kiến thức. Thí nghiệm có thể do giáo viên biểu
diễn hay do học sinh tự tiến hành. Thí nghiệm có thể tiến trình trên lớp, trong phịng
thí nghiệm, ngồi trời hay tại nhà.
1.2.BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.2.1. Khái niệm bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm về cơ bản là phải làm thí nghiệm để đo đạc một đại lượng
hoặc khảo sát một q trình vật lí.
Bài tập thí nghiệm là loại bài tập địi hỏi cả lí thuyết và thực nghiệm, cả trí óc
và tay chân…để thực hiện nhiệm vụ đặt ra.
1.2.2. Phân loại bài tập thí nghiệm
Có nhiều cách để phân loại bài tập thí nghiệm. Tuy nhiên nếu dựa vào tính
chất của bài tập thì gồm có hai loại là bài tập thí nghiệm định tính và bài tập thí
nghiệm định lượng
a) Bài tập thí nghiệm định tính
Bài tập thí nghiệm định tính là loại bài tập thí nghiệm khi giải, HS khơng cần
thực hiện các phép tính tốn phức tạp mà chỉ cần thực hiện các suy luận, đưa ra các
lập luận, khơng cần thao tác đo đạc lấy số liệu. Để giải bài tập loại này, HS cần thực
hiện những phép suy luận logic dựa trên những khái niệm, quy luật, định luật và các
quan sát thu được trong phịng thí nghiệm, vì vậy bài tập thí nghiệm định tính là
phương tiện tốt để phát triển tư duy của HS. Việc giải bài tập loại này giúp HS hiểu
rõ bản chất hiện tượng, quy luật vật lí. Bài tập thí nghiệm định tính có thể chia làm hai
loại.
Bài tập thí nghiệm quan sát và giải thích hiện tượng
Câu hỏi của dạng bài tập này thường là “Cái gì xảy ra nếu …?” và “… Tại
sao lại xảy ra như vậy?”. Với câu hỏi thứ nhất, HS cần thực hiện thí nghiệm, quan
sát và mơ tả hiện tượng.
Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm để giải quyết u cầu định tính của
đề bài
4
Đây là những bài tập yêu cầu HS đề xuất phương án thí nghiệm theo yêu cầu
của đề bài theo các mức độ khác nhau. Với bài tập loại này, HS cần trả lời được
câu hỏi “Cần kiểm nghiệm kết luận nào?”, “Cần sử dụng những dụng cụ thí
nghiệm nào?”, “Bố trí các dụng cụ ra sao?”, “Tiến hành thí nghiệm như thế nào?”,
“Thu được những kết quả định tính và định lượng như thế nào?”…
b) Bài tập thí nghiệm định lượng
Bài tập thí nghiệm định lượng là loại bài tập thí nghiệm mà khi giải địi hỏi
HS phải tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để trả lời câu hỏi mà đề bài
đặt ra. Các câu hỏi có thể là đo đạc một đại lượng vật lí hoặc tìm quy luật về mối
liên hệ giữa các đại lượng vật lí. Bài tập định lượng có thể được xây dựng với các
mức độ khác nhau.
1.2.3. Vai trị của bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt cả về ba mặt giáo dưỡng, giáo dục
và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt chúng làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí
thuyết và thực tiễn. Có thể kể đến các vai trị nổi bật của bài tập thí nghiệm như
sau:
a) Ơn tập, củng cố và mở rộng kiến thức
Để giải được một bài tập thí nghiệm địi hỏi HS cần phải vận dụng được
những kiến thức đã học một cách linh hoạt. Qua đó mà những kiến thức này được
khắc sâu, và có thể vận dụng được vào thực tiễn. Ngồi ra, trong q trình làm thí
nghiệm để giải bài tập sẽ phát sinh những tình huống khơng đúng như kiến thức lí
thuyết đã được học(trường hợp lí tưởng). Do đó mà HS có thể thấy được phạm vi
áp dụng của kiến thức, hoặc phát triển tiếp kiến thức theo hướng mới.
b) Phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả năng sáng tạo thực tiễn; phát huy hứng
thú học tập và phương pháp tư duy khoa học
Trong q trình giải bài tập thí nghiệm, HS cần vận dụng các kiến thức lí
thuyết, tiến hành suy luận logicđể thu được hệ quả có thể kiểm tra được bằng thực
nghiệm. Q trình này sẽ giúp cho HS phát triển tư duy, tăng hứng thú trong học
tập.
c) Phát triển năng lực của HS
Thơng qua việc giải bài tập vật lí nói chung và bài tập thí nghiệm nói riêng,
góp phần phát triển các kĩ năng như phân tích, so sánh, tổng hợp, khái qt hóa; kĩ
năng lập kế hoạch giải quyết một vấn đề. Bài tập thí nghiệm cịn là loại bài tập
u cầu tính tự lực cao của HS trong q trình giải. Chính vì thế mà các năng lực
của HS đặc biệt là năng lực thực nghiệm được phát triển trong q trình giải quyết
một bài tập thí nghiệm.
5
d) Giúp HS làm quen với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Q trình giải một bài tập thí nghiệm cũng cần trải qua các bước như xác
định cơ sở lí thuyết để suy luận ra một hệ quả có thể kiểm tra được bằng thực
nghiệm, xây dựng phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả,
tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí và trình bày kết quả. Đó cũng chính là cách để
HS tiếp cận với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
e) Khai thác được các thiết bị thí nghiệm sẵn có
Các bài tập thí nghiệm được xây dựng phải đảm bảo HS có thể thực hiện
được với các thiết bị thí nghiệm sẵn có ở phịng thí nghiệm, các thiết bị cần chế
tạo phải đơn giản, dễ tìm kiếm. Do đó khi ta sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy
học sẽ tận dụng tối đa được các thiết bị thí nghiệm đã được cung cấp cho các
trường phổ thơng, làm cho HS được tiếp xúc nhiều với thiết bị thí nghiệm, góp
phần nâng cao chất lượng của các tiết học thực hành chính khóa.
1.3. QUY TRÌNH XÂY DỰNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM
Để xây dựng bài tập thí nghiệm ta sử dụng quy trình 4 bước và có thể tóm tắt
như sau
Bước 1: Nghiên cứu các nội dung Vật lí xem có thể đo đại lượng nào? Khảo
sát q trình gì? Xem xét khả năng xây dựng các thiết bị thí nghiệm từ phịng thí
nghiệm hay từ đời sống.
Bước 2: Xác lập các mục tiêu dạy bài tập thí nghiệm được xây dựng
Bước 3: Viết đề bài theo cấu trúc:
* Nội dung bài tập: Q trình vật lí, hiện tượng vật lí, dữ kiện và u cầu xác
lập mối quan hệ, giá trị một đại lượng vật lí, yêu cầu xác lập phương án thí
nghiệm, u cầu về chế tạo, lựa chọn bố trí thí ngiệm, đo đạc và xử lí số liệu.
* Dụng cụ thí nghiệm : Nêu rõ các dụng cụ thí nghiệm đã cho, cần xây dựng.
Bước 4: Giáo viên tự giải bài tập để đánh giá bài tập, hồn chỉnh đề bài.
1.4. QUY TRÌNH CHUNG ĐỂ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP THÍ
NGHIỆM
Việc giải bài tập thí nghiệm có thể tiến hành ở lớp, ở phịng thí nghiệm hay
ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân có thể quy về các bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đề bài, xác định nhiệm vụ về mặt lí thuyết và thực
nghiệm
Bước 2: Tìm hiểu cơng thức hoặc suy luận logic để rút ra các cơng thức có
thể kiểm nghiệm được bằng thí nghiệm
6
Bước 3: Tìm hiểu hoặc xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ
hay tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm(chế tạo thiết bị nếu cần), lập kế hoạch thực hiện
Bước 4: Tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí số liệu
Bước 5: Rút ra nhận xét, kết luận. Biện luận sai số, đề xuất cải tiến thí nghiệm
Bước 6: Vận dụng, liên hệ, phát hiện vấn đề mới.
2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện nay phần lớn giáo viên vẫn thực hiện áp dụng các phương pháp dạy
học truyền thống để giảng dạy, chưa tạo được mơi trường tích cực để học sinh
hoạt động, chủ động trong việc chiếm lĩnh tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, thái độ, phát
triển năng lực. Mặt khác, việc đưa các vấn đề tích hợp, liên mơn vào bài dạy cịn
hạn chế, chưa hiệu quả đặc biệt là các mơn tự nhiên.
Nắm được những mặt hạn chế trong phương pháp dạy học truyền thống,
một số giáo viên cũng vận dụng phương pháp dạy học tích cực, hiện đại: dạy học
theo góc, dạy theo dự án, dạy theo hợp đồng… kết hợp với các kĩ thuật: tia chớp,
cơng não, sơ đồ tư duy…Tuy bước đầu cũng đã tạo ra được mơi trường học tập
mới, tạo ra sự hứng thú cho các em học sinh. Nhưng do kinh nghiệm để dạy học
theo các phương pháp hiện đại cịn thiếu, điều kiện áp dụng cịn hạn chế, đặc biệt
do đặc điểm về thời gian phân phối cho tiết học nên kết quả chưa thực sự như mục
tiêu đặt ra.
Khi tiến hành thực hiện dạy học có sử dụng bài tập thí nghiệm tạo ra động
cơ, hứngthú học tập cho học sinh. Học sinh được tăng cường vận dụng kiến thức
tổng hợp vào giải quyết các tình huống thực tiễn và đặc biệt là kỹ năng thực hành
được nâng cao.
Từ những suy nghĩ trên tơi thấy rằng một trong những nội dung đổi mới
phương pháp dạy học mơn vật lý để kích thích gây hứng thú cho học sinh học tập là
việc nghiên cứu khai thác các thí nghiệm trong các giờ học, đó là điều kiện rất
thuận lợi để có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả trong việc tiếp thu kiến thức của
học sinh. Tổ chức dạy học có sử dụng bài tập thí nghiệm chưa được áp dụng nhiều
ở chương trình phổ thơng. Nhưng nếu được áp dụng một cách sâu, rộng đồng thời
kết hợp với các phương pháp và kĩ thuật dạy học hiện đại khác sẽ rất tơt để phát
triển năng lực của học sinh.
3. XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VẬT LÍ PHẦN QUANG
HÌNH VẬT LÍ 11.
3.1. Nội dung kiến thức
3.1.1. Nội dung kiến thức kĩ năng cơ bản
7
a) Ví trí, tầm quan trọng kiến thức trong chương trình vật lí THPT
Phần kiến thức khúc xạ ánh sáng, lăng kính và thấu kínhthuộc chương thứ
sáu và thứ bảytrong chương trình Vật lí 11.
Nhìn chung, các kiến thức của phần này được xây dựng trên cơ sở kế thừa và
phát triển từ chương trình vật lí trung học cơ sở. Các khái niệm về phản xạ, khúc xạ,
phản xạ tồn phần, lăng kính,thấu kinh, kính lúp…. đã được học ở chương trình Vật
lí lớp 7 và lớp 9 nhưng ở mức độ nhận thức đơn giản, chưa u cầu cao về kiến thức
cũng như kỹ năng cần đạt. Tuy nhiên đó cũng là những kiến thức nền, giúp HS có thể
học tốt phần “Quang hình” ở chương trình Vật lí 11. Ở phần này, các kiến thức nêu
trên được mở rộng, nâng cao hơn, đặt ra những u cầu cao hơn về kiến thức cũng
như kĩ năng, thái độ của HS.
Đây là phần nối tiếp kiến thức chương “Cảm ứng điện từ”, đồng thời là nền
tảng để nghiên cứu các phần khác trong chương trình Vật lí phổ thơng như: Sóng
ánh sáng Vật lí 12.
Phần lớn các kiến thức của chương rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong
đời sống và kỹ thuật. Khúc xạ ánh sángdùng để giải thích nhiều hiện tượng quang
học trong thực tế, phản xạ tồn phần, lăng kính và thấu kính có nhiều ứng dụng
trong thực tế: Ánh sáng trong các lễ hội, Cáp quang dùng trong y học hay trong
truyền tải thơng tin, các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt…. Đó là những đặc tính
nổi của ánh sáng, có tầm quan trọng đặc biệt, nhờ đó mà các ứng dụng về ánh sáng
các dụng cụ quang học được sử dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật. Các thiết
bị quang dùng trong thực tế là tương đối phức tạp, hầu hết các thiết bị đều dựa trên
các định luật về ánh sáng các thấu kính lăng kinh của các chất khác nhau.Hệ thống
bài tập rất đa dạng và phong phú, phù hợp với những trình độ khác nhau của HS.
b) Kiến thức, kĩ năng cần đạt được
Ngồi những kiến thức nền được học ở THCS các em cần hiểu và vận dụng
tốt các kiến thức sau:
Định luật khúc xạ ánh sáng. Chiết suất. Tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh
sáng
Hiện tượng phản xạ tồn phần. Cáp quang.
Lăng kính. Cơng dụng của lăng kính.
Thấu kính. Tính chất ảnh tạo bởi thấu kính. Cơng thức thấu kính.
3.1.2. Phân tích một số nội dung kiến thức
a) Nội dung “Khúc xạ ánh sáng”
Ở bài này, ta cần làm rõ thêm một số vấn đề sau:
+ Định luật khúc xạ ánh sáng:
8
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới.
Đối với hai mơi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sini)
và sin của góc khúc xạ (sinr) là một hằng số :
= n hay sin i = nsin r
Hằng số n tuỳ thuộc vào mơi trường khúc xạ (mơi trường chứa tia khúc xạ)
và mơi trường tới (mơi trường chứa tia tới).
Nếu n > 1 thì sini > sinr hay i > r, mơi trường khúc xạ chiết quang hơn mơi
trường tới.
Nếu n < 1 thì sini < sinr hay i < r, mơi trường khúc xạ chiết quang kém mơi
trường tới.
+Hằng số n là chiết suất tỉ đối của mơi trường khúc xạ đối với mơi trường tới.
Chiết suất tỉ đối bằng tỉ số giữa các tốc độ v1 và v2 của ánh sáng trong mơi trường
tới và mơi trường khúc xạ : n = n21 =
Chiết suất tuyệt đối của một mơi trường là chiết suất tỉ đối của mơi trường
đó đối với chân khơng.
Chiết suất tuyệt đối của mơi trường 1 và của mơi trường 2 là: n1 = ; n2 = .
+ Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng : ánh sáng truyền đi theo đường nào thì
cũng truyền ngược lại được theo đường đó.
Theo định luật khúc xạ ánh sáng, nếu ánh sáng truyền từ mơi trường 1 sang
mơi trường 2 với góc tới i và góc khúc xạ là r thì khi ánh sáng truyền từ mơi trường
2 sang mơi trường 1 với góc tới r thì góc khúc xạ sẽ bằng i.
b) Nội dung “Phản xạ tồn phần”
Ở bài này các em cẩn hiểu rõ các đơn vị kiến thức sau:
+ Xét tia sáng đi từ mơi trường có chiết suất n1sang mơi trường có chiết suất n2 nhỏ
hơn (r > i).
Cho góc tới i tăng dần thì góc khúc xạ r cũng tăng dần và ln lớn hơn i.
Khi r đạt giá trị lớn nhất là 90o thì góc tới i cũng có giá trị lớn nhất là igh ,
với .
Khi i igh, tồn bộ ánh sáng sẽ bị phản xạ, khơng có tia khúc xạ vào mơi
trường thứ hai. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ tồn phần.
+ Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần: Khi ánh sáng đi từ mơi trường
có chiết suất lớn hơn sang mơi trường có chiết suất nhỏ hơn và có góc tới i lớn hơn
9
hoặc bằng góc giới hạn igh (i igh), thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần, trong
đó mọi tia sáng đều bị phản xạ, khơng có tia khúc xạ.
+ Biết nhận dạng các trường hợp xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần của tia
sáng khi qua mặt phân cách.
+ Sợi quang có lõi làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1,
được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất n2 nhỏ hơn n1.
Một tia sáng truyền vào một đầu của sợi quang. Trong sợi quang, tia sáng bị
phản xạ tồn phần nhiều lần tại mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ và ló ra đầu kia. Sau
nhiều lần phản xạ như vậy, tia sáng được dẫn qua sợi quang mà cường độ sáng bị
giảm khơng đáng kể. Nhiều sợi quang ghép với nhau thành bó. Các bó được ghép và
hàn nối với nhau tạo thành cáp quang.
Ứng dụng của cáp quang :Trong cơng nghệ thơng tin, cáp quang được dùng để
truyền thơng tin (dữ liệu) dưới dạng tín hiệu ánh sáng. Cáp quang có ưu điểm hơn so
với cáp kim loại là truyền được lượng dữ liệu rất lớn, khơng bị nhiễu bởi trường điện
từ bên ngồi.
c) Nội dung “Lăng kính”
Sau kiến thức về khúc xạ ánh sáng và phản xạ tồn phần các em sẽ tìm hiểu
về các dụng cụ quang học cụ thể phần này em em sẽ tìm hiểu về lăng kính:
+ Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất, được giới hạn bởi hai mặt phẳng
khơng song song. Trong thực tế, lăng kính thường là một khối lăng trụ tam giác. Góc
A hợp bởi hai mặt bên của lăng kính gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh của lăng
kính.
+ Đường truyền của tia sáng qua lăng kính : Xét tia sáng nằm trong mặt phẳng tiết
diện chính và ánh sáng là đơn sắc.Tia ló ra khỏi lăng kính bao giờ cũng lệch về phía
đáy lăng kính so với tia tới.
+ Gọi i là góc tới, r là góc khúc xạ ở mặt bên thứ nhất, r’ là góc tới, i’ gọi là góc ló
của tia sáng ở mặt bên thứ hai. Góc tạo bởi tia ló ra khỏi lăng kính và tia tới đi vào
lăng kính, gọi là góc lệch D của tia sáng khi truyền qua lăng kính.
Ta có các cơng thức sau:
trong đó, n là chiết suất của chất làm lăng kính.
d) Nội dung “Thấu kính”:
u cầu HS cần nắm được những nội dung sau đây:
+ Thấu kính mỏng là thấu kính có bề dày ở tâm rất nhỏ.
+ Đường đi của các tia sáng qua thấu kính:
10
Tia tới song song với trục chính thì cho tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) đi
qua tiêu điểm ảnh chính.
Tia tới (hoặc đường kéo dài của nó) qua tiêu điểm vật chính cho tia ló tương
ứng song song với trục chính.
Tia tới qua quang tâm thì truyền thẳng.\
Tia tới bất kì cho tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) đi qua tiêu điểm ảnh
phụ tương ứng (là giao điểm của trục phụ song song với tia tới và tiêu diện ảnh).
+ Độ tụ của thấu kính là đại lượng được đo bằng nghịch đảo tiêu cự:
Với thấu kính hội tụ, D > 0, với thấu kính phân kì , D < 0.
Trong hệ SI, tiêu cự tính bằng mét (m) thì độ tụ tính bằng điơp (dp).
+ Cơng thức tính độ tụ của thấu kính là:D = = () (*)
Trong đó, n là chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với mơi trường
xung quanh thấu kính. R1 và R2 là bán kính của các mặt thấu kính, quy ước R1, R2> 0
đối với các mặt lồi, R1, R2< 0 đối với các mặt lõm, R1 (hay R2) = đối với mặt
phẳng.
Cơng thức liên hệ giữa các vị trí của ảnh, vật và tiêu cự (cơng thức thấu
kính) là :
Ta quy ước : d > 0 với vật thật, d’ > 0 với ảnh thật, d’ < 0 với ảnh ảo, f > 0
với thấu kính hội tụ, f < 0 với thấu kính phân kì.
+ Số phóng đại ảnh k cho biết ảnh lớn hơn vật bao nhiều lần và cùng chiều hay
ngược chiều với vật :
trong đó, , tương ứng là độ dài đại số của vật và ảnh. Nếu ảnh và vật cùng chiều,
k > 0. Nếu ảnh và vật ngược chiều k < 0. Có thể tính được số phóng đại ảnh k
theo khoảng cách d’ và d từ quang tâm tới ảnh và tới vật theo cơng thức :
3.2. Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm.
3.2.1. Mục đích, u cầu
Xây dựng các bài tập thí nghiệm chương “Quang hình” làm phương tiện để
HS có thể phát triển năng lực thực nghiệm. Thơng qua các bài tập thí nghiệm, HS
được bồi dưỡng phương pháp làm việc như một nhà khoa học, một nhà vật lí thực
nghiệm.
u cầu: Hệ thống bài tập phải được phân thành từng dạng phù hợp với
nội dung phần “Quang hình” trong chương trình Vật lí 11. Các bài tập này phải sắp
xếp theo thứ tự từ dễ đến khó để có thể phù hợp với mọi đối tượng HS. Nội dung
của các bài tập phù hợp với các kiến thức của sách giáo khoa cũng như gần gũi với
11
thực tế đời sống. Các thiết bị thí nghiệm phải đơn giản, dễ tìm, dễ chế tạo hoặc có
sẵn ở phịng thí nghiệm. Các thao tác thí nghiệm phù hợp với HS.
3.2.2. Phương pháp biên soạn
Để xây dựng được các bài tập thí nghiệm, tơi tìm hiểu, nghiên cứu nội dung
phấn “Quang hình” Vật lí 11 trong Sách giáo khoa cơ bản, sách giáo khoa nâng cao.
Sau đó, tìm ra những nội dung có thể xây dựng được thành bài tập thí nghiệm. Đồng
thời có sưu tầm thêm các bài tập trong các đề thi của các tỉnh.
3.2.3.Hệ thống bài tập thí nghiệm
Bài tập 1: Cắm nghiêng 1 chiếc đũa vào cốc. Đặt mắt nhìn dọc theo chiếc
đũa trong 2 trường hợp: cốc khơng có nước và cốc có nước. Mơ tả hiện tượng
quan sát được. Giải thích.
Mục đích của bài tập: Ơn tập lại kiến thức về khúc xạ ánh sáng đã được
học ở THCS. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: bố trí và tiến hành thí
nghiệm theo mơ tả ở đề bài, quan sát, giải thích hiện tượng.
Dự kiến cách sử dụng: Sử dụng ở phần mở đầu bài “ Khúc xạ ánh sáng”.
Lời giải tóm tắt:Hiện tượng: Khi
nhìn dọc theo đũa trong trường hợp cốc
khơng có nước thấy đũa vẫn như cũ, khơng
có gì thay đổi. Khi nhìn theo hướng từ trên
xuống trong trường hợp cốc có nước thấy
đũa như bị gãy tại mặt phân cách giữa nước
và khơng khí.
Giải thích: Trường hợp cốc khơng
có nước thì ánh sáng truyền theo đường thẳng nên ta thấy đũa khơng có gì thay
đổi.Trường hợp trong cốc có nước thì ánh sáng bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa
nước và khơng khí nên ta thấy đũa như bị gãy khúc tại mặt phân cách đó.
Bài tập 2: Cho các dụng cụ sau: 1 cây kim, 1 chiếc hộp hình chữ nhật có
thành trong suốt, 1 cuộn chỉ, 1 đèn laze, 1 chiếc compa, 1 tấm xốp mỏng phẳng
hình chữ nhật, vài chiếc tăm, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm,
thước đo góc. Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để kiểm nghiệm lại định
luật khúc xạ ánh sáng. Từ đó hãy xác định chiết suất của nước.
Mục đích của bài tập: Kiểm nghiệm lại định luật khúc xạ ánh sáng.Qua đó,
rèn luyện năng lực thực nghiệm: Biết lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm và sử dụng
chúng. Thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm kiểm tra tính khả thi
của phương án đã lựa chọn. Biết cách tạo ra mặt phẳng tới, xác định góc tới, góc
12
khúc xạ, biết vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để cắm các chiếc tăm thẳng
hàng.
Dự kiến cách sử dụng: Có 2 hướng sử dụng:Một là sử dụng để nghiên cứu
hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Xem vị trí của tia tới và tia khúc xạ liên hệ với nhau
như thế nào? Nếu sử dụng để nghiên cứu thì câu hỏi của đề bài phải thay đổi,
khơng là kiểm nghiệm nữa mà là: Hãy lựa
chọn dụng cụ và tiến hành thí nghiệm để
tìm mối liên hệ giữa vị trí của tia tới và tia
khúc xạ? Hai là sử dụng để kiểm nghiệm
hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Đã biết định
luật, dùng để kiểm tra.
Lời giải tóm tắt: Phương án thí
nghiệm 1: Lựa chọn các dụng cụ: 1 cây
kim, 1 chiếc hộp hình chữ nhật có thành
trong suốt, 1 cuộn chỉ, 1 đèn laze, 1 chiếc compa (thước đo góc), 1 tấm xốp mỏng
phẳng hình chữ nhật, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm.
Luồn chỉ vào kim, nối 2 đầu chỉ thành một mặt phẳng vng góc với 2 đáy
của hộp. Đổ nước vào hộp sao cho một phần của kim nằm trong nước. Chiếu ánh
sáng vào một vị trí chỉ nằm ở đáy trên và giao điểm của kim và mặt nước. Quan sát
vị trí của vết sáng ở đáy dưới.
Dùng bút và thước vẽ 2 đường
thẳng vng góc trên tấm xốp. Dùng băng
dính dính xốp vào thành hộp sao cho mực
nước ngang với đường thẳng nằm ngang
trên xốp. Đánh dấu vị trí bất kì trên xốp ở
ngồi khơng khí. Chiếu sáng từ vị trí đánh
dấu đến giao điểm của 2 đường thẳng
vng góc. Xác định điểm trên đường
truyền của tia khúc xạ. Lấy xốp ra, dùng
thước hoặc compa xác định được tỉ số
giữa sin góc khúc xạ và góc tới.
Phương án thí nghiệm 2: Lựa chọn các dụng cụ: 1 chiếc hộp hình chữ
nhật có thành trong suốt, 1 chiếc compa, 1 tấm xốp mỏng phẳng hình chữ nhật, vài
chiếc tăm, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm, thước đo góc
Kẻ một đường thẳng nằm ngang trên xốp. Cắm tăm 1 ở một vị trí trên xốp
dưới đường nằm ngang. Dán xốp vào thành hộp. Đổ nước vào hộp sao cho mức
nước ngang vạch trên xốp. Cắm tăm 2 ở vị trí trên đường nằm ngang. Đặt mắt từ
ngồi khơng nhìn vào tăm 2, thay đổi hướng nhìn cho đến khi thấy tăm 2 che khuất
13
ảnh của tăm 1. Cắm tăm 3 vng góc lên miếng xốp sao cho: tăm 3, tăm 2 và ảnh
của tăm 1 thẳng hàng. Dùng thước hoặc compa xác định tỉ số sin góc tới và góc khúc
xạ.
Dự
kiến khó
khăn của
HS: Khơng
kiểm nghiệm
hết các nội
dung của định
luật khúc xạ
ánh sáng (chỉ kiểm nghiệm tỉ số giữa sin góc tới và góc khúc xạ là một hằng số).
Khơng đề xuất được phương án thí nghiệm.
Định hướng tư duy: Cần kiểm nghiệm những nội dung gì của định luật
khúc xạ ánh sáng? Với các dụng cụ đã cho làm như thế nào để kiểm nghiệm lại nội
dung của định luật khúc xạ ánh sáng? Có những cách
nào để tạo ra mặt phẳng tới? Làm thế nào để xác
định được tia tới nếu biết trước tia khúc xạ ở trong
nước?
Bài tập 3: Một khối bán trụ trong suốt có
chiết suất n = 1,41 = . Một tia sáng hẹp trong một
mặt phẳng của tiết diện vng góc được chiếu
tới bán trụ như trong hình vẽ. Xác định đường đi
của tia sáng với các giá trị sau đây của góc :
a.
b.
c.
d. Hiện tượng gì đã xảy ra ở câu c? Làm thế nào để kiểm nghiệm ? Cho
các dụng cụ: 1 khối bán trụ, một đèn laze.
e. Khi nào thì xảy ra hiện tượng giống như câu c? Làm thế nào để kiểm
nghiệm lại điều đó?
Mục đích của bài tập: Nghiên cứu hiện tượng phản xạ tồn phần. Qua đó,
rèn luyện năng lực thực nghiệm: đưa ra các dự đốn: khi chiếu tia sáng vào khối bán
trụ với góc = 300 thì tồn bộ tia sáng bị phản xạ lại khơng có tia khúc xạ. Biết bố
trí, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đốn. Suy luận lý thuyết khi bắt đầu xảy ra
14
hiện tượng phản xạ tồn phần thì góc khúc xạ bằng 900 để tìm ra được điều kiện
xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần.
Dự kiến cách sử dụng: Ba ý đầu a, b, c để đặt vấn đề cho bài phản xạ tồn
phần. Hai ý cuối d, e để nghiên cứu hiện tượng phản xạ tồn phần.
Lời giải tóm tắt: Áp dụng định luật khúc xạ
ánh sáng tìm được: Với = 600 r = , với = 450
r = 900, với = 300 khơng tìm được góc khúc xạ.
Để kiểm tra xem trong trường hợp này vì
sao khơng tìm được tia khúc xạ cần phải làm thí
nghiệm. Chiếu ánh sáng từ đèn laze vào khối bán trụ
với góc tới = 600, kết quả thấy khơng có tia khúc xạ
mà chỉ có tia phản xạ. Để kiểm nghiệm lại điều
kiện xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần ta phải thay đổi góc tới cho đến khi nó
bằng góc giới hạn phản xạ tồn phần khi đó thấy tia khúc xạ đi sát mặt phân cách
giữa bán trụ và khơng khí (phía mặt phẳng).
Dự kiến khó khăn của HS: Khơng biết khi nào thì xảy ra hiện tượng phản
xạ tồn phần.
Định hướng tư duy của HS: Khi bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ tồn
phần thì góc khúc xạ bằng bao nhiêu? Khi đó góc i tới hạn được tính như thế nào?
Sin của một góc nằm trong giới hạn nào? Từ đó suy ra điều kiện xảy ra hiện tượng
phản xạ tồn phần là gì?
Bài tập 4: Cho các dụng cụ sau: các tấm xốp mỏng, phẳng, hình vng, 1
tăm, 1 thước thẳng chia đến mm, 1 hộp nước. Hãy trình bày và tiến hành một
phương án đo chiết suất của nước.
Mục đích của bài tập: Xác định chiết suất của
nước. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: Vận
dụng điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ tồn phần,
bố trí, tiến hành, xử lí kết quả thí nghiệm.
Dự kiến cách sử dụng: Sau khi đã học xong hiện tượng phản xạ tồn phần
ở phần ơn tập, củng cố kiến thức.
Lời giải tóm tắt: Để đo chiết suất của nước trong trường hợp này ta dựa
vào góc giới hạn phản xạ tồn phần.
15
Tiến hành thí nghiệm: Cắm tăm vào tâm hình vng. Đặt mắt là là mặt
thống của nước và quan sát. Đẩy tăm vào nước cho đến khi bắt đầu thấy đầu A
của tăm thì dừng lại. Đánh dấu vị trí mặt
thống nước lúc đó lên tăm và rút tăm ra,
đo chiều dài phần tăm OA ngập trong
nước.
Có: sin igh = 1/n
Dự kiến khó khăn của HS: HS khơng đưa ra được phương án thí nghiệm.
Định hướng tư duy: Có thể sử dụng kiến thức đã học nào để xác định chiết
suất của nước trong trường hợp này khơng? Khi cắm tăm xun qua tấm xốp và đặt
mắt là là mặt nước, có phải ta ln thấy đầu tăm khơng? Tại sao khi ấn tăm chưa
đủ sâu, quan sát như thế ta khơng thể nhìn thấy đầu tăm? Có thể xác định được góc
giới hạn phản xạ tồn phần của nước khơng?
Bài tập 5: Dùng một chiếc cốc trong suốt đựng nước đặt lên trên một
đồng xu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu quan sát đồng xu theo
hai hướng: nhìn từ thành cốc vào và nhìn từ trên mặt thống
xuống. Làm thí nghiệm kiểm tra.
Mục đích của bài tâp: Nhận biết khi nào xảy ra hiện
tượng khúc xạ, khi nào xảy ra hiện tượng phản xạ tồn
phần.Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: bố trí và tiến hành
thí nghiệm theo mơt tả ở đề bài, quan sát, giải thích hiện tượng.
Dự kiến cách sử dụng: Sau khi đã học xong hiện tượng
khúc xạ và phản xạ tồn phần.
Lời giải tóm tắt: Đặt mắt theo hướng nhìn từ trên mặt
thống xuống, mắt nhận được các tia sáng khúc xạ (1) nên thấy
đồng xu ở đáy cốc như được nâng lên cao hơn. Mắt cũng nhận
được các tia sáng phản xạ tồn phần trên thành cốc (2) nên thấy
có một đồng xu ở trên thành cốc. Đặt mắt nhìn đồng xu theo hướng từ thành cốc
vào (hướng 3), khơng có tia sáng đến mắt nên ta khơng thể thấy đồng xu.
Dự kiến khó khăn của HS: Khơng xác định được hiện tượng phản xạ tồn
phần xảy ra tại đâu ở mặt phân cách giữa hai mơi trường nào?
Định hướng tư duy:Vẽ đường đi của các tia sáng từ vật. Khi ánh sáng đi tới
mặt phân cách giữa hai mơi trường nào thì có thể xảy ra hiện tượng phản xạ tồn
phần?
16
Bài tập 6: a. Bằng các dụng cụ sau: 1 tấm bóng kính, 1 chiếc kéo, 1 cuộn
băng dính 2 mặt, 1 lọ 502, 1 thước thẳng chia mm, nước. Hãy chế tạo ra một
lăng kính nước (để hở đáy trên), có tiết diện thẳng là một tam giác đều cạnh 6
cm, chiều cao của lăng kính 5cm.
b. Cho thêm các dụng cụ sau: 1 tấm xốp phẳng, 4 chiếc tăm, 1 đèn laze, 1
compa, 1 thước đo góc, 1 chiếc bút chì. Hãy trình bày và tiến hành một phương
án thí nghiệm để đo chiết suất của lăng kính nước trên.
c. Đổ nước trong lăng kính đi. Dùng băng dính gắn chặt lăng kính vào
chiếc hộp hình chữ nhật có thành trong suốt. Đổ nước vào hộp (khơng đổ vào
lăng kính) sao cho nước khơng ngập lăng kính. Dùng đèn laze chiếu tia sáng từ
đáy lăng kính. Dự đốn đường truyền của tia sáng trong trường hợp này. Làm
thí nghiệm kiểm tra. Giải thích hiện tượng quan sát được.
Mục đích của bài tập: Chế tạo lăng kính từ những vật liệu đơn giản.Xác
định chiết suất của chât làm lăng kính.Quan sát đường truyền của ánh sáng qua lăng
kính khơng khí đặt trong nước. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: chế tạo
dụng cụ thí nghiệm từ những vật liệu đơn giản, thiết kế các phương án thí nghiệm,
bố trí và tiến hành thí nghiệm, xử lí số liệu để được kết quả, quan sát và giải thích
hiện tượng.
Dự kiến cách sử dụng: Ơn tập, củng cố, mở rộng kiến thức.Phần a, cho về
nhà làm trước, các phần cịn lại tiến hành trên lớp.
Lời giải tóm tắt
a. Chế tạo lăng
kính từ dụng cụ đơn
giản.
Hình bên đề cập
đến 1 cách.
b. Xác định chiết
suất của lăng kính nước.
Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng:
Dùng đèn laze
17
Dùng tăm
Xác định góc lệch cực tiểu trước rồi tính n.
Cơ sở lí thuyết: Khi xảy ra góc lệch cực tiểu thì tia tới và tia ló đối xứng
nhau qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang.
Dùng đèn laze
Dùng tăm
18
Biết được Dm sử dụng cơng thức dưới tìm được
c. Quan sát đường truyền của tia sáng qua lăng kính khơng khí đặt trong
nước.Tia sáng khơng lệch về đáy mà lệch về đỉnh.
Vì: Tia đi từ nước sang khơng khí, nên góc tới tại
mặt bên đầu tiên của lăng kính sẽ nhỏ hơn góc
khúc xạ trong lăng kính, tại mặt bên cịn lại tia đi
từ khơng khí ra nước lên góc khúc xạ lớn hơn góc
tới, kết quả là bị lệch về đỉnh. Hoặc xảy ra hiện
tượng phản xạ tồn phần: Tia sáng tới lăng kính bị
phản xạ, khơng có tia sáng nào truyền qua lăng
kính khơng khí.
Dự kiến khó khăn của HS: Khơng đề xuất được phương án thí nghiệm
trong câu b, dự đốn sai hiện tượng trong câu c là tia sáng sẽ lệch về đáy của lăng
kính.
Định hướng tư duy: b. Trong các cơng thức lăng kính có thể sử dụng cơng
thức nào để xác định chiết suất của lăng kính? Nếu sử dụng cơng thức sin i 1 = nsinr1
hay (chiếu ánh sáng từ khơng khí vào lăng kính nước) thì cần phải đo những đại
lượng nào? làm như thế nào để đo đai lượng đó? Từ đó phải bố trí và tiến hành thí
nghiệm như thế nào để xác định được chiết suất của lăng kính?
c. Hiện tượng sẽ như thế nào nếu truyền tia sáng từ nước vào lăng kính
khơng khí (sao cho tia sáng đi từ đáy lăng kính lên)? Vẽ đường truyền của một tia
sáng đi từ nước vào lăng kính khơng khí (tia sáng đi từ đáy lăng kính lên), khi đó có
nhận xét gì về tia ló ra khỏi lăng kính?
Bài tập 7: Cho các dụng cụ sau: 1 chiếc đèn laze, một chiếc thước thẳng
có chia đến mm, một tờ giấy trắng, một chiếc bút chì, vài chiếc tăm, một tấm
xốp phẳng, các thấu kính 2 mặt lồi, 2 mặt lõm. 1 mặt phẳng và 1 mặt lồi. Hãy
lựa chọn dụng cụ và tiến hành thí nghiệm xác định tiêu cự.
Mục đích của bài tập: Xác định tiêu cự và chiết suất của chất làm thấu
kính. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: Vẽ các tia đặc biệt qua thấu kính,
vận dụng cơng thức thấu kính để tìm được chiết suất của nó khi đã biết các đại
lượng cịn lại. Biết cách cắm tăm sao cho khi nhìn qua thấu kính thì ta thấy các
chiếc tăm nằm trên một đường thẳng.
Dự kiến cách sử dụng: Xác định tiêu cự có thể dùng trong tiết học, ngay
sau khi học mục “tiêu điểm. Tiêu diện. Tiêu cự”. Xác định chiết suất dùng sau khi
học xong mục “ độ tụ”.
Lời giải tóm tắt: Xác định f
19
Cách 1: Dùng đèn laze: Đặt thấu kính lên giấy, dùng bút vẽ đường bao
quanh thấu kính. Dùng đèn chiếu qua lăng kính sao cho đường truyền qua là một
đường thẳng, đánh dấu 2 điểm trên đường này, 1 trước, 1 sau thấu kính. Bỏ thấu
kính ra, nối 2 điểm này ta được trục chính của thấu kính.Dùng đèn chiếu vệt song
song với trục chính qua thấu kính, đánh dấu trên đường truyền của tia ló 2 điểm, bỏ
thấu kính ra, nối 2 điểm trên, kéo dài cắt trục chính tại đâu thì đó chính là tiêu điểm
F’. Dùng thước xác định tâm O, đo khoảng cách từ O đến F’ được f. Căn cứ vào
hình vẽ để lấy dấu của f.
Cách 2: Dùng tăm: Đặt thấu kính lên tấm xốp, dùng bút vẽ đường bao bên
ngồi. Vẽ trục chính của thấu kính. Kiểm tra lại bằng cách cắm một tăm ở trước
thấu kính, trên trục chính, sau thấu kính cắm 1 tăm cũng trên trục chính, nhìn vào
thấu kính thấy 2 tăm này thẳng trùng nhau.Kẻ một đường song song với trục chính,
trước thấu kính, cắm 1 tăm trên đường này. Quan sát qua thấu kính, tìm vị trí căm
tăm 2, và tăm 3 sao cho 3 tăm cùng nằm trên một đường thẳng. Đánh dấu các vị trí
này, bỏ thấu kính ra, dùng bút và thước nối các vị trí này với thấu kính, kéo dài cắt
trục chính tại đâu đó chính là tiêu điểm F’. Việc cịn lại giống ở trên.Sử dụng cơng
thức: , (f đã biết, cần tìm R1, R2. Với mặt phẳng R = , mặt lõm R < 0, mặt lồi R >
0).Xác định R, căn cứ vào: qua 3 điểm chỉ có một đường trịn,3 điểm tạo thành tam
giác, đường trịn ngoại tiếp tam giác có tâm là giao của 3 đường trung trực.
Dự kiến khó khăn của HS: khơng đưa ra được phương án thí nghiệm.
Định hướng tư duy: Tiêu cự của thấu kính được xác định như thế nào
thơng qua các tia đặc biệt? Với các dụng cụ đã cho làm như thế nào để xác định
được tiêu cự của thấu kính? Làm như thế nào để xác bán kính của các mặt cầu của
thấu kính?
Bài tập 8: Khơng sờ vào thấu kính làm thế nào để phân biệt được đâu là
thấu kính hội tụ đâu là thấu kính phân kì? Với các dụng cụ: thấu kính hội tụ,
thấu kính phân kì hãy tiến hành tiến hành thí nghiệm chỉ ra thấu kính nào là
thấu kính hội tụ, thấu kính nào là thấu kính phân kì. Nói rõ cách làm và giải
thích vì sao làm được như vậy.
20
Mục đích của bài tập: Phân biệt được thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì
nhằm năng lực thực nghiệm: vận dụng tác dụng của thấu kính hội tụ là tạo ra
chùm tia ló hội tụ khi chùm tia tới song song, thấu kính phân kì tạo ra chùm tia ló
phân kì khi chùm tia tới song song. Quan sát sự tạo ảnh của thấu kính. Vận dụng
tính chất ảnh của vật qua các thấu kính: thấu kính phân kì ln tạo ra ảnh ảo, cùng
chiều, nhỏ hơn vật, thấu kính hội tụ có thể tạo ra ảnh thật, ảnh ảo nhưng ảnh ảo
bao giờ cũng lớn hơn vật. Quan sát được sự dịch chuyển của ảnh khi thấu kính dịch
chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng. Vẽ được hình lý giải cách quan sát này.
Dự kiến cách sử dụng: Sau khi học xong bài “Thấu kính mỏng”.
Lời giải tóm tắt: Có 3 cách cơ bản để phân biệt thấu kính hội tụ và
thấu kính phân kì. Cách 1: Dùng thấu kính hứng chùm tia mặt trời vì: chùm sáng
song song qua thấu kính hội tụ thì hội tụ tại một điểm, qua thấu kính phân kì thì bị
phân kì, khơng hội tụ.Cách 2: Dùng thấu kính quan sát ảnh của các vật vì: thấu kính
hội tụ cho ảnh ảo lớn hơn vật, cùng chiều với vật, ảnh thật có thể cùng to (nhỏ)
hơn vật, ngược chiều với vật. Thấu kính phân kì cho ảnh ảo, bé hơn vật, cùng
chiều với vật.Cách 3: Dịch chuyển thấu kính trong mặt phẳng thẳng đứng. Nếu
ảnh chuyển động cùng chiều với chiều của thấu kính trong mặt phẳng thẳng đứng
thì đó là thấu kính phân kì, ngược lại là thấu kính hội tụ.
Dự kiến khó khăn của HS: Khơng giải thích được vì sao khi dịch chuyển
thấu kính trong mặt phẳng thẳng đứng. Nếu ảnh chuyển động cùng chiều với
chiều của thấu kính trong mặt phẳng thẳng đứng thì đó là thấu kính phân kì, ngược
lại là thấu kính hội tụ.
Định hướng tư duy: Vẽ hình trong 2 trường hợp vật đặt thẳng đứng trên
trục chính của thấu kính và vật đặt thẳng đứng cũng ở khoảng cách đó so với thấu
kính nhưng nằm ngồi trục chính từ đó cho nhận xét.
Bài tập 9: Nhúng một vịng dây có đường kính 23mm vào nước rồi quan
sát xác vật nhỏ thì ta sẽ thấy gì? Bằng các dụng cụ: 1 dây đồng nhỏ, một chiếc
đinh, một cốc nước. Hãy tiến hành thí nghiệm và giải thích hiện tượng quan
sát được.
Mục đích của bài tập: Quan sát sự tạo ảnh của vật qua thấu kính nhằm rèn
luyện năng lực thực nghiệm: bố trí và tiến hành thí nghiệm theo mơ tả ở đề bài, quan
sát hiện tượng và giải thích hiện tượng quan sát được.
Dự kiến cách sử dụng: Sau khi học xong bài “Thấu kính mỏng”, có thể làm
ở nhà.
21
Lời giải tóm tắt: Khi giọt nước cịn đọng trên vịng dây, thì các vật quan sát
qua vịng dây cho ảnh ảo cùng chiều lớn hơn vật, hoặc ảnh ngược chiều với vật,
lúc này vịng dây đóng vai trị là một thấu kính hội tụ.
Khi trên vịng dây chỉ cịn một lớp nước mỏng, các vật quan sát qua vịng
dây cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật, lúc này vịng dây đóng vai trị là một thấu
kính phân kì.
Dự kiến khó khăn của HS: Chỉ mơ tả được quan sát các vật quả vịng day
cho ảnh cùng chiều lớn hơn vật.
Định hướng tư duy: Thay đổi khoảng cách giữa vịng dây chứa nước với
vật cần quan sát. Thay đổi lượng nước trên vịng dây.
Bài tập 10: Bằng các dụng cụ có trong cuộc sống hàng ngày, hãy tạo ra
các thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì. Giải thích vì sao thấu kính mình tạo ra
là hội tụ hay phân kì.
Mục đích của bài tâp: Chế tạo ra thấu kính từ các vật liệu đơn giản.
Dự kiến cách sử dụng: Sau khi học bài “ Thấu kính mỏng”, làm ở nhà
Lời giải tóm tắt: Có nhiều vật có thể sử dụng để tạo ra các thấu kính đơn
giản. Hình trên là 2 ví dụ: đổ một lớp nước mỏng vào lỗ của một chiếc chìa khóa,
hay một vỏ thuốc con nhộng.
22
Dự kiến khó khăn của HS: Khơng tạo ra được thấu kính từ các vật liệu
đơn giản trong cuộc sống.
Định hướng tư duy: Dựa trên kết quả bài 15, và cấu tạo của thấu kính có
thể chế tạo ra các thấu kính từ các vật liệu đơn giản. Vậy ta có thể tạo ra thấu
kính từ các vật liệu đơn giản nào? Làm như thế nào để tạo ra thấu kính với các vật
liệu đó? Các thấu kính tạo ra là hội tụ
hay phân kì? Vì sao?
Bài tập 11: Trìnhbày phương
pháp để xác định tiêu cự của thấu kính
hội tụ.
Mục đích của bài tập: Xác định
tiêu cự của thấu kính phân kì từ các cách
khác nhau. Qua đó rèn luyện năng lực thực nghiệm: thiết kế các phương pháp khác
nhau để đo tiêu cự của thấu kính, vận dụng tính chất của các tia đặc biệt qua thấu
kinh: tia song song với trục chính thì tia ló hội tụ tại tiêu điểm ảnh chính, vận dụng
giải bài tốn thấu kính di chuyển trong khoảng vật – màn, vận dụng cơng thức thấu
kính.
Dự kiến cách sử dụng: Ơn tập, củng cố.
Lời giải: Có 3 cách cơ bản để xác định tiêu cự của thấu kính hội tụ:Cách 1:
Dùng tia sáng mặt trời. Khoảng cách từ điểm hội tụ đến thấu kính chính là tiêu
cự.Cách 2: Xác định vị trí vật, ảnh. Hoặc chiều cao của vật, ảnh. Sử dụng cơng thức
thấu kính, cơng thức số phóng đại.Cách 3: Dịch chuyển thấu kính trong khoảng vật –
màn.
Dự kiến khó khăn của HS: khơng đưa ra được nhiều cách khác nhau để đo
tiêu cự của thấu kính hội tụ.
Định hướng tư duy: Tình huống trong bài liên quan đến kiến thức vật lý nào?
Vì sao? Có thể vận dụng kết quả của bài tập đã biết nào để giải bài này khơng?
Bài tập về hệ thấu kính.
Bài tập 12: Cho các dụng cụ sau: 1 thấu kính hội tụ, 1 thấu kính phân kì,
1 giá đỡ quang học, 1 vật sáng, 1 màn, thước chia đến mm. Hãy trình bày và tiến
hành thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì.
Mục đích của bài tập: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì. Qua đó, rèn
luyện năng lực thực nghiệm: thiết kế, bố trí, tiến hành, xử lý số liệu thí nghiệm,
vận dụng cơng thức thấu kính, tính chất ảnh của thấu kính hội tụ, phân kì.
23
Dự kiến cách sử dụng: Bài thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân
kì.
Lời giải tóm tắt: Cách 1: Thấu kính
phân kì L được đặt ở sau thấu kính hội tụ L 0
tạo thành một hệ thấu kính đồng trục sao cho
ảnh thật rõ nét A1B1 ngược chiều và nhỏ hơn
vật AB cho bởi thấu kính hội tụ L0 phải nằm
ở phía sau thấu kính phân kì L và đóng vai trị
vật ảo đối với thấu kính này.
Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
bằng cơng thức:
Với trong đó l à khoảng cách giữa hai
thấu kính, d1’ là khoảng cách từ ảnh thật A1B1 đến thấu kính hội tụ, là khoảng cách
từ màn hứng vật thật A2B2 đến thấu kính phân kì
Cách 2: Thấu kính phân kì L được đặt trước
thấu kính hội tụ L0 sao cho ảnh ảo A1’B1’ của vật
thật AB tạo bởi thấu kính phân kì L được dùng làm
vật thật đối với thấu kính hội tụ Lo và cho ảnh thật
A2’B2’ hiện rõ nét nhất trên màn ảnh M.
Như vậy, nếu đo khoảng cách d từ vị trí (2) của
vật AB và khoảng cách │d’│từ vị trí (1) của vật này đến
thấu kính phân kì L, ta sẽ tính được tiêu cự f của thấu
kính phân kì L , trong đó d > 0, d’ < 0 và f < 0.
Dự kiến khó khăn của HS: khơng đưa ra được phương án thí nghiệm.
Định hướng tư duy: Có thể sử dụng cơng thức nào để xác định được tiêu
cự của thấu kính phân kì? Nếu sử dụng cơng thức thì xác định d và d’ như thế nào?
Nếu sử dụng hệ thấu kính để đo d hay d’ thì phải bố trí các thấu kính như thế nào?
Đo d hay d’ như thế nào trong trường hợp đó?
B. Về khả năng áp dụng của sáng kiến:
Kết quả đạt như sau:
Lớp
11 A6(đối chứng)
24
Điểm dưới 5
Điểm 56
Điểm 78
Điểm 910
10%
40%
45%
5%
11 A7 (thực nghiệm)
0%
17%
53%
30%
Như vậy kết quả thu được có thể kết luận rằng:
Học sinh rất hứng thú vì được làm việc với các thiết bị thí nghiệm vật lí.
Học sinh sẵn sàng nhận và thực hiện nhiệm vụ ở các bài tập thí nghiệm, chủ
động trao đổi với giáo viên nếu gặp những khó khăn trong q trình thực hiện thí
nghiệm.
Học sinh tích cực tham gia thảo luận để đưa ra cơ sở lí thuyết phù hợp, để thiết
kế phương án thí nghiệm hợp lí, tiến hành thí nghiệm theo đúng quy trình đã đề ra,
cách xử lí số liệu hiệu quả.
Phần lớn học sinh thực hiện đầy đủ các u cầu của bài tập thực nghiệm được
GV giao cho (thể hiện trong báo cáo thu hoạch); đồng thời ở giai đoạn 2 của q
trình thực nghiệm thì ý thức, tính tích cực chủ động và hiệu quả thực hiện các u
cầu của bài tập thực nghiệm ngày càng cao.
Sáng kiến này có thể áp dụng rộng rãi để xây dựng và tổ chức một số bài tập thí
nghiệm khác ở các tiết học khác trong trương trình vật lí THPT.
IIX. Những thơng tin cần được bảo mật : Khơng
IX. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến
Đối với giáo viên : + Giáo viên cần được trang bị những kiến thức về xây
dựng bài tập thí nghiệm trong việc phát triển năng lực cho học sinh.
+ Được tạo điều kiện về mặt thời gian, kinh phí, cơ sở vật chất để tiến hành thí
nghiệm.
+ Có sự hợp tác của các giáo viên trong tổ bộ mơn ; giáo viên của những mơn cần
liên mơn.
Đối với học sinh : + Chuẩn bị những kiến thức cơ bản, học đi đơi với hành.
+ Cần tích cực thực hiện các nhiệm vụ học tập đặc biệt kỹ năng tiến hành thí
nghiêm Vật lí.
X. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng
kiến theo ý kiến của tác giả
+ Học sinh nắm vững kiến thức cơ bản hơn khi được định hướng tự lực tìm
kiếm kiến thức.
+ Phát triển năng lực của học sinh, giảm bớt cách học thụ động.
25
